III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ЭКСПЕРИМЕНТ С РАДИОУПРАВЛЯЕМЫМ ТАНКОМ
Чувашов О.И.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Я люблю играть радиоуправляемым танком. Мне нравится, что игрушка, как по волшебству, сама начинает двигаться, как только я нажимаю кнопку на пульте дистанционного управления. В этом есть какая-то удивительная тайна, и мне захотелось ее разгадать. Мне стало интересно и захотелось узнать: как происходит, что танк сам начинает ездить, поворачивать, или стрелять, стоит только нажать кнопку на пульте дистанционного управления?

Для этого мне необходимо было сначала разобраться, что означают слова радиоуправляемый, дистанционный и откуда они произошли. Ну, а затем пришлось разобрать танк, посмотреть, что у него внутри и провести небольшой эксперимент с моей игрушкой.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Итак, разберем слово радиоуправляемый, оно состоит из двух частей. Первая часть слова РАДИО.

Сегодня миллионы людей знают, что такое радио. Но было время, когда и учёным было неведомо то, что сейчас знает каждый школьник.

Радио (латин. Radio — излучаю, испускаю лучи, radius — луч) — «способ передачи на расстояние и приёма звуков, сигналов при помощи электромагнитных волн, распространяемых специальными станциями». Радио – «разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве». Также термином «радио» мы называем само устройство для приёма звуковых вещательных передач и область науки и техники, относящуюся к передачам и приёмам радиоволн.

У истоков радиотехники стояли датчанин Г.Эрстед, англичане: М. Фарадей, Д. Максвелл, немецкий физик Г.Герц. А придумал и собрал первый в мире радиоприёмник — прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний (иначе говоря, радиоволн) преподаватель физики и электротехники Минного офицерского класса в Кронштадте, выпускник Петербургского университета Александр Сергеевич Попов. Он использовал в качестве источника электромагнитных колебаний вибратор Герца. Для увеличения дальности приёма в качестве антенны был применён кусок металлического провода.

7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества А.С.Попов продемонстрировал свой первый в мире радиоаппарат для приёма электрических сигналов без проводов. Этот день стал днём рождения радио.

С течением времени А. С. Попов использовал приемопередающую аппаратуру для оперативной связи с военными кораблями в Балтийском море и Финском заливе, для получения экстренных сообщений от судов, терпящих бедствие. Морское ведомство, в котором он работал, сразу засекретило проводимые работы.

Мировое сообщество признаёт, что изобретение радио – выдающееся достижение человеческой мысли. Изобретение радио дало «человечеству универсальный электромагнитный информационный язык, без которого современную жизнь, как в гражданской, так и военной сферах представить просто невозможно…» (Инженер-вице-адмирал Сергей Архипов).

В наши дни радиоволны передают не только звук на радиоприемники, но и изображение (телевидение), телефонные разговоры (сотовая мобильная связь) и компьютерные данные (беспроводной интернет). (1, 9).

Вторая часть слова УПРАВЛЯЕМЫЙ, т.е. моим танком можно управлять с помощью радиоволн.

Мой танк начинает двигаться, когда я нажимаю кнопку на пульте дистанционного управления.

Дистанционное управление — (от слова дистанция – расстояние) управление на расстоянии объектами (аппаратами, машинами, техническими системами) посредством сигналов, передаваемых на каждый объект по индивидуальным линиям связи. (2).

Системы дистанционного управления различаются, прежде всего, по типу канала связи:

Механический канал

используется там, где объекты удалены друг от друга на сравнительно небольшое расстояние или требуется обеспечить мгновенную неискажённую реакцию, (например, управление летательными аппаратами, автомобилями).

Электрический канал

  • проводной канал — используется там, где нет возможности применить беспроводные каналы, (например, из-за отсутствия прямой видимости, наличия экранировки, соображений секретности и т. д.), либо из соображений стоимости и помехозащищённости. Такой канал используется, главным образом, для управления системами мобильных объектов, оборудованием производственных объектов, лабораторий, или специальных объектов (военного и другого назначения);

  • радиоканал — используется, главным образом, для управления подвижными объектами — радиоуправляемыми спортивными моделями и игрушками, оборудованием для чрезвычайных ситуаций (роботы и т. д.), беспилотными летательными аппаратами, военными мобильными объектами; либо в ситуациях, когда передатчик и приемник не могут находиться в зоне прямой видимости (системы освещения или отопления, подъемники гаражных дверей и т. д.);

  • ультразвуковой канал — используется редко, для управления мобильными и стационарными объектами на сравнительно небольшом расстоянии;

  • инфракрасный канал — используется, как правило, для бытовой электроники.(6).

Об истории возникновения пульта дистанционного управления.

Одно из самых первых устройств для дистанционного управления другим устройством, в данном случае лодкой, в 1898 годупредставил Никола Тесла. Это была радиоуправляемая лодка под названием «телеавтомат», которую великий ученый представил публике на электровыставке на Медисон-сквер-гарден.

В 1903 году испанский инженер, математик и изобретатель Леонардо Торез Куведо представил общественности Telekino – робота который выполнял простейшие команды, переданные с помощью радиоволн. Через три года Торез в присутствии короля Испании продемонстрировал управление лодкой при помощи своего Telekino с небольшого корабля. Однако, не смотря на то, что ученый запатентовал свое изобретение, дальнейшие изыскания в этом плане он не проводил из-за банального отсутствия денежных средств на исследования.

Начиная с 1930-х годов разработки по созданию пульта дистанционного управления велись в основном военными и для военных нужд. В 1932 году была создана первая в мире радиоуправляемая модель летательного аппарата (аэроплана). (3).

История радиоуправляемых игрушек

Первые самодвижущиеся игрушки появились в 1786 году. Ученый Уильям Мердюк основываясь на разработке братьев Уатт (паровой двигатель) впервые продемонстрировал миниатюрную самодвижущуюся повозку. В отличие от современных радиоуправляемых игрушек эта повозка могла двигаться только в прямом направлении. Но уже сам факт, что игрушечный механизм мог перемещаться без физических усилий со стороны человека произвол настоящий фурор.

Такие игрушечные повозки были самой желанной игрушкой для мальчишек, но стоили они почти как настоящий автомобиль с паровым двигателем. Выпуск самодвижущиеся игрушек с паровым двигателем продолжался вплоть до 20 века. Но после того как изобрели первый электромотор, стали появляться принципиально новые механизмы. В настоящее время, купить радиоуправляемые игрушки можно в любом магазине. Однако всего несколько десятилетий назад компактные машины, которыми можно управлять на расстоянии использовали только военные и ученые.

Идея, что игрушечными моделями можно управлять при помощи радиоволн возникла почти сразу после изобретение первого радиоприемника. Так, в 1898 году Никола Тесла всем продемонстрировал свое гениальное изобретение – компактную радиоуправляемую модель судна. Через несколько лет в 1903 году братья Райт создали модель аэроплана. А еще через семь лет Чарльз Кеттеринг для военной промышленности изобретает летательный аппарат с часовым механизмом, который взрывался, как только достигал цели.

В последующие годы ученые во всем мире трудились над усовершенствованием радиоуправляемых моделей. Как только в приемниках стали использовать транзисторы - машины получили многоканальное управление. Процесс модернизации шел не всегда гладко. Особенно тяжело развивалось авиамоделирование, очень часто воздушные суда не могли продержаться в воздухе дольше минуты. С тех пор было сделано немало технических открытий, кроме того, изменился внешний вид миниатюрных машин.

Теперь магазины детских игрушек готовы предложить своим покупателям очень стильные и функциональные радиоуправляемые машины. Первые самодвижущиеся игрушки не были доступны широкому кругу потребителей. В наши дни машинка или вертолет, которыми можно управлять через пульт, пожалуй, есть в каждой семье, ведь для современного ребенка, в распоряжении которого компьютер и всевозможные электронные гаджеты, наверное, только радиоуправляемая игрушка способна заинтересовать по-настоящему.(8).

С помощью этого исследования я выяснил, что команды танку передаются с помощью радиоволн. Радиоволны мы не можем увидеть и почувствовать. Радиоволны служат для передачи сигналов на расстоянии без проводов. Поэтому наш танк с пультом не соединяются никакими проводами. При дистанционном управлении происходит передача сигнала по радиоканалу от пульта к игрушечному танку, который находится на расстоянии.

Еще интересно было узнать, когда впервые появились дистанционный пульт управления и радиоуправляемая игрушка, и какими они были.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

На нашем пульте есть антенна и на танке есть антенна.

Антенна — устройство, предназначенное для излучения или приёма радиоволн.

Антенны в зависимости от назначения подразделяются на приёмные, передающие и приёмопередающие. (5).

Антенна, которая на танке, приемная, она как бы ловит, принимает эти волны, которые посылает пульт управления. На пульте управления антенна передающая, она передает сигналы танку.

Я заметил, что антенна танка соединяется с проводом, который находится внутри танка. Открыв крышку танка, я увидел, куда ведет этот провод. Он соединен с микросхемой.

Микросхема — микроэлектронное устройство—электронная схема, изготовленная на пластине или плёнке и помещенная в корпус. (5).

Эта микросхема — командоаппарат.

Командоаппарат - электрический аппарат для различного рода переключений электрических цепей в системах управления объектами или технологическими процессами. (2).

Т.е. увидели, что в игрушку вмонтированы приемник и Командоаппарат для приема сигналов команды от передатчика.

Командоаппарат обеспечивает выполнение четырех различных команд.(7).

С помощью микросхемы, командоаппарата запускаются механизмы, начинают работать электрические моторчики, и наш танк может выполнять разные команды: ехать вперед, поворачивать вправо или влево, стрелять пульками. (4).

И поэтому, когда мы нажимаем кнопку на пульте, которая обозначает «поворот направо», танк и поворачивает направо.

Вот так танк выполняет команды, которые мы передаем ему через пульт управления.

Еще мне стало интересно:

1. Выполнит ли команды танк, если пульт будет от него далеко? И как далеко можно отходить от танка, чтобы он не потерял управление?

Для того, чтобы ответить на этот вопрос, я решил провести эксперимент.

Я отходил от танка с каждым разом все дальше и дальше и проверял, сможет ли выполнять команды игрушка. Самое дальнее расстояние на которое я отошел от танка - 27 шагов, когда измерил расстояние сантиметром, получилось почти 11 метров.

Танк выполнял команды на таком большом расстоянии так же, как выполнял их, когда я стоял к нему совсем близко.

2. А будет ли работать танк, если между ним и пультом будет преграда?

Для этого эксперимента мне понадобилась помощь. Сначала я попробовал управлять танком через закрытую дверь. Мой помощник сказал, что танк так же отлично выполнял все команды.

Затем мы решили усложнить задачу и управлять танком через стену, отделяющую комнаты. И снова танк получал сигналы от пульта и выполнял все команды. Невидимые радиоволны прошли и сквозь стену!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведя исследование и эксперимент, я узнал об истории возникновения радио, что такое радиоволны и на что они способны.

Теперь я знаю, что радиоволны, оставаясь незаметными, проникая сквозь препятствия, на большие расстояния служат детям и взрослым в различных устройствах: игрушках, радио и телевидении, радарах, сотовых телефонах. А так же, с помощью радио люди всегда могут узнать о происходящих событиях в мире, попросить помощи у спасателей, корабли и самолеты могут подать сигнал бедствия.

Я узнал так же, кто придумал первый пульт дистанционного управления и где он использовался, когда появились первые радиоуправляемые игрушки.

В ходе своего эксперимента я увидел, как устроен мой танк изнутри.

Мое исследование и эксперимент помогли мне разгадать тайну, как работают радиоуправляемые игрушки.

Теперь я готов дальше разгадывать тайны необычных и удивительных изобретений.

Список источников

  1. http://detskiychas.ru/

  2. Большой Энциклопедический словарь

  3. © scsiexplorer.com.ua

  4. http://kazus.ru/shemes/showpage/0/582/

  5. https://ru.wikipedia.org/wiki

  6. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1110136

  7. http://cxem.net/uprav/uprav2.php

  8. http://www.vsesadiki.ru/istorija-radioupravljajemykh-igrushjek.html

  9. Энциклопедия для детей. Техника. Москва. Аванта.2002

6